基础物理实验光电效应法测定普朗克常数

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！基础物理实验研究性报告实验课题光电效应法测普朗克常数:的误差分析及现象探究班级：101411班姓名：毕雄学号：目录摘要：比得出了更加准确的处理方法，并运用office软件对数据进行了处理，有效地方法，并对实验结果进行了分析,提出了自己的一些浅薄的感想。一、实验及应用背景介绍光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。域。利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。实验目的1.2.学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数h；3.进一步练习利用线性回归和作图法处理实验数据。实验原理子在电场的作用下向阳极A迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。光电效应的基本实验事实如下：(1)对应于某一频率,光电效应的I-关系如图2所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压U0,当≦时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。(2)当≧的强度P成正比。(3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。(4)截止电压U0与频率的关系如图4所示，与低于某极限值（都没有光电流产生。在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为秒的数量级。，波长）的概念，频率为的光子具有能量E=h，h为普朗克常数。当光子照属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：（1）式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。截止电压，光电流才为零，此时有关系：（2）电子几乎全收集到阳极，再增加时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度P成正比。光子的能量<A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止频率）是=A/h。将(2)式代入(1)式可得：（3）此式表明截止电压是频率的线性函数，直线斜率k=h/e，只要用实验方法得出不同的频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h。爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。实验仪器介绍测装置包括：光电管暗盒，高压汞灯灯箱，高压汞灯电源和实验基准平台。实验描电压源发生器两部分组成的整体仪器。仪器结构如图5所示。集数据，动态显示采集曲线（连接普通示波器，可同时显示5个存储区中存储的曲线），及采集完成后查询数据的功能。实验内容（1）将实验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗盒遮光盖盖上），预热20分钟。入端与实验仪电压输出端（后面板上）连接起来（红—红，蓝—蓝）。务必反复检查,切勿连错！（本实验已连接好，请不要更改）管暗盒电流输出端K与实验仪微电流输入端（后面板上）断开，且必须断开连线的实验仪一端。旋转“调零”旋钮使电流指示为。调节好后，用高频匹配电缆将电流输入连接起来，按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。若要动态显示采集曲线，需将实验仪的“信号输出”端口接至示波器的“Y”输入端，“同步输出”端口接至示波器的“外触发”输入端。示波器“触至约“20μs/格”。此时示波器将用轮流扫描的方式显示5个存储区中存储的曲线，横轴代表电压，纵轴代表电流I。使光电暗箱处于完全闭光状态。切忌汞灯直接照射光电管。（2）测普朗克常数h：测量截止电压时，“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态，“电流量程”开关应处于①A档。电管暗盒光输入口上，打开汞灯遮光盖。此时电压表显示的值，单位为伏；电流表显示与对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程”。用电压调节键→、←、↑、↓可调节的值，→、←键用于选择调节位，↑、↓键用于调节值的大小。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的到的值，调节时应从高位到低位，先确定高位的值，再顺次往低位调节。依次换上nm，nm，，nm的滤色片，重复以上测量步骤。注意：1、先安装光阑及滤光片后打汞灯遮光盖；2、更换滤光片时需盖上汞灯遮光盖。②按“手动/自动”模式键切换到自动模式。此时电流表左边的指示灯闪烁，电压。（注：显区左边设置起始电压，右边设置终止电压）～～～～～实验仪设有5500选的或正在存储数据的存储区。区原有数据，等待约30秒，然后按4mV的步长自动扫描，并显示、存储相应的电压、电流值。扫描完成后，仪器自动进入数据查询状态，此时查询指示灯亮，的，以其绝对值作为该波长对应的U的值，并将数据记于表1中。表1U—0次测量。将仪器与示波器连接，可观察到为负值时各谱线在选定的扫描范围内的伏安特性曲线。注意：在自动测量过程中或测量完成后，按“手动/自动”键，系统回复到手动测量模式，模式转换前工作的存储区内的数据将被清除。（3）将“伏安特性测试/截止电压测试”流量程”开关应拨至A4mm的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗盒光输入口上。测伏安特性曲线可选用“手动/自动”两种5V测量时步长为1V。记录所测及I的数据到表2中。将仪器与示波器连接，此时①可同时观察5条谱线在同一光阑、同一距离下伏安饱和特性曲线。②可同时观察某条谱线在不同距离（即不同光强）、同一光阑下的伏安饱和特性曲线。③可同时观察某条谱线在不同光阑（即不同光通量）、同一距离下的伏安饱和特性曲线。由此可验证光电管饱和光电流与入射光成正比。表2在为50V时，将仪器设置为手动模式，测量并记录对同一谱线、同一入射距离，光阑分别为时对应的电流值于表3中，验证光电管的饱和光电流与入射光强成正比。（1）原始数据记录表1U0—关系表2I—关系光阑孔Φ=4mm00005555×光阑孔Φ=2mm05（2）图示法用图示法并用office软件拟合的直线如上图示。计算机显示拟合直线的斜率是故：。=J·S与公认值的相对误差：（3）线性回归法12345由线性回归法的斜率：=×所以，××与公认值的相对误差：与图示法的结果比较知:线性回归法处理的结果与理论值更加的接近。不确定度计算：线性回归相关系数说明线性回归良好。由此得：×而由测量读数仪器产生的b类不确定度可忽略不计。故最终表述为：误差分析对于普朗克常量的确定，是通过测不同频率下的截止电压的大小来得到的。普朗克常数,实验中所用的光电管必须具备下列条件:(1)对可见光区域内所有谱线都较灵敏；(2)阳极包围阴极,这样当阴极有负电位时,大部分光电子都能到达阳极；(3)阳极没有光电效应,不会产生反向电流；(4)光电管的暗电流很小；(5)减小或避免杂散光的影响。综合其它的影响可知，在实验中的主要误差有：1.光电管中暗电流的影响；2.滤色片产生的滤色光并不完全单一；3.实验汞灯受交变电压影响而不能完全稳定；4.仪器读数微小跳动的读数误差；5.暗箱封闭不严而受杂质光的影响。6.测量过程中产生的反向电流的影响；精度）故1暗电流的影响可忽略不计；而对于2、5的影响可通过仪器采购途径实现；而对于3个人认为可以通过在装置前加稳压器来实现微小电压扰动对实验的影响；对4完全可通过操本人的良好的实验习惯来实现。光电流-----反向电流。使得实验结果产生一定的偏差。而对此我们可通过切断阴极反射过来的散射光与阳极间的联系从而避免反向电流的影响。实验现象探究的伏安特性曲线时出现的四曲线的饱和光电流的大小并未随着光频率的增加而X止电压与频率大小间的某种关系。而通过在不同的光通量（即光强）下，对于同一频率的光的两曲线的比较可知：频率相同时，光